Language
Country/Area
No result found
Misteri suhu kritis larutan yang lebih rendah: Mengapa beberapa campuran hanya tercampur sempurna pada suhu tertentu?
Ilmuwan telah lama terpesona oleh suhu larutan kritis bawah (LCST), yaitu suhu di bawah suhu di mana komponen campuran dapat tercampur sempurna, tetapi di atas suhu tersebut komponen-komponen campuran akan tercampur sebagian. Fenomena pelarutan. Fenomena ini banyak terdapat dalam banyak molekul kecil dan sistem polimer, yang berkaitan erat dengan struktur molekuler, interaksi, dan faktor-faktor lainnya.
"Di bawah LCST, sistem dapat bercampur sepenuhnya dalam semua proporsi, sementara di atasnya menunjukkan kemampuan bercampur sebagian dalam cairan."
Memahami Konsep LCST
Untuk memahami konsep LCST secara mendalam, kita perlu melihat perbedaannya dengan perilaku fase lainnya. Untuk banyak campuran, fenomena pencampuran dipengaruhi oleh entropi dan entalpi. Namun, dalam kasus LCST, fenomena pemisahan sering kali disebabkan oleh entropi yang tidak menguntungkan. Ini berarti bahwa di bawah LCST, interaksi antara komponen-komponen mendorong pencampuran spontan, sementara di atas LCST, terjadi pemisahan fase, yang secara langsung terkait dengan tanda perubahan energi bebas Gibbs.
Interaksi Polimer-Pelarut
Dalam larutan polimer, faktor-faktor yang memengaruhi LCST meliputi berat molekul polimer, derajat polimerisasi polimer, dan derajat percabangan. Yang paling terkenal adalah larutan berair poli(N-isopropilakrilamida), yang LCST-nya umumnya dianggap sekitar 32 °C, tetapi sebenarnya dapat bervariasi tergantung pada faktor-faktor seperti konsentrasi polimer dan berat molekul. Variasi tersebut membuat prediksi LCST terkait erat dengan sifat polimer.
"Kebutuhan untuk menyaring dan merancang polimer telah mendorong kami untuk melakukan penelitian ekstensif pada LCST guna menemukan solusi yang dapat diterapkan pada proses manufaktur."
Dasar fisik dan faktor pendorong
Kunci terjadinya LCST terletak pada faktor fisik. Untuk sistem yang mengandung molekul besar, efek kompresibilitas dapat menyebabkan fenomena LCST. Mengambil contoh polistirena dalam sikloheksana, pelarut dan polimer menunjukkan perilaku ekspansi yang berbeda di bawah tekanan tinggi, sehingga pada suhu tinggi, pelarut harus menyusut dan kehilangan entropi untuk mencapai kondisi pencampuran.
Model Teoritis dan Metode Prediksi
Dalam mekanika statistik, LCST dapat dimodelkan menggunakan teori model fluida kisi, yang memperhitungkan efek kepadatan variabel dan kompresibilitas. Melalui teori-teori ini, kita dapat lebih memahami dan memprediksi LCST dari berbagai campuran. Pada saat yang sama, saat ini terdapat berbagai metode untuk memprediksi LCST, termasuk model berdasarkan data eksperimen dan persamaan empiris berdasarkan sifat fisikokimia. Baru-baru ini, telah ada upaya untuk memperkenalkan indeks konektivitas molekuler ke dalam model, dan pendekatan ini telah menunjukkan potensinya dalam studi QSPR/QSAR polimer dan larutan polimer, yang memungkinkan prediksi LCST yang efektif sebelum eksperimen.
"Penelitian QSPR/QSAR tidak hanya dapat mengurangi biaya uji coba, tetapi juga mempercepat desain material baru."
Arah Penelitian Masa Depan
Penelitian tentang LCST sedang berlangsung, dan lebih banyak sistem polimer dan berbagai kombinasi perilaku campurannya dapat dieksplorasi di masa mendatang. Dengan kemajuan ilmu material dan munculnya teknologi baru, sistem polimer atau molekul kecil baru yang menggabungkan perilaku LCST akan terus bermunculan. Hal ini tidak hanya berdampak besar pada penelitian ilmiah dasar, tetapi juga membuka lebih banyak kemungkinan untuk ilmu terapan.
Apakah hukum kimia dan fisika di balik penelitian ini menginspirasi kita untuk memikirkan kembali perilaku campuran dalam lingkungan yang berubah?
